电路综合实验

参考MPLAB IDE V8.60使用说明
注：RB6、RB7在仿真时无法使用；首条指令必须放置一条
空指令NOP。
电路综合实验箱ຫໍສະໝຸດ Baidu绍
电路综合实验箱介绍
电路综合实验箱介绍—模块1
电路综合实验箱介绍—模块2
PIC单片机原理图
模块1原理图
模块2原理图
学习方法推荐

如何学习单片机？ 看书、敲例题程序、改程序、上网咨询、自己 设计、调试、下载。
电路综合实验
指导教师：丘广晖 张媛媛
实验目的
自主学习汇编程序的设计、开发和调试的 方法与步骤； 学习硬件设计的基本方法与步骤；


学习硬件的基本焊接和调试方法。
实验方式

同学2～3人一组，分工合作，根据老师提 供的模块自选题目。也可以自行选择并采 购模块，自订题目。根据题目的难易程度、 是否有创新意识和工作量多少给成绩。要 求同学独立完成。
单片机的组成
1、CPU
3、I/O
包含控制器和运算器；
对应着输入设备和输出设备；
2、存储器ROM、RAM，ROM存程序，RAM存放数据；
4、总线 实现CPU、RAM、ROM和I/O各模块之间 的信息传递；
5、外围模块。
单片机怎样工作
单片机的工作是在指令的控制下、通过外部辅 助电路和设备完成相应的动作，以达到某种目 的。这个指令一般来说是汇编或者是C语言。 简单的说，单片机是一种可以输入程序的微型 计算机。
4、使用自选模块的要附上模块手册。
成绩说明
本实验代替电路综合实验（3学分）、电 子工艺实习（2学分）共5学分。 总成绩 百分制 平时 10% 实验过程及结果 70% 实验报告 20%
什么是硬件设计

硬件设计就是根据产品的需求，利用目前 业界成熟的芯片方案或者技术，设计出符 合产品要求的硬件产品。
汇编语言程序设计基础

高级语言
汇编语言
机器语言

汇编语言是符号语言，采用便于记忆的符号或字符串表 示操作码，操作数和操作地址，用于底层开发；
汇编语言的一般格式由4个字段组成：标号、操作码（指 令助记符）、操作数、注释。

注：4个字段不都是必须的，但顺序不能颠倒；标号必须从最 左边第一列开始；多个操作数之间必须用逗号（半角）隔开； 注释用分号引导。
汇编语言程序设计基础

伪指令
用来向汇编程序提供有关如何完成汇编的控制命令信息、 定义常用数据和寄存器地址，以便于修改。

伪指令的一般格式由4个字段组成：符号名、伪指令助记 符、操作数、注释。
注：标号必须从最左边第一列开始。
汇编语言程序设计基础

流程图
对程序进行规划，模块化，入口出口要 清楚，以便于编 程；
硬件设计的重要性


硬件是软件的核心和基础； 目前社会对高级硬件设计人员的需求增加； 嵌入式系统（单片机是典型的最简单嵌入式系 统）、FPGA、DSP已成为硬件设计中最有用的 工具。
单片机是什么
单片机也被称为单片微电脑或单片微型计算机。它是 把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只 读存储器（ROM ）、输入 / 输出端口（ I/O ）等主要计 算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计 算机。这种微型计算机因其制作在一块芯片上而被称 为单片机。国外称为 MCU(Microcontroller Unit)— 微控制器。

注：实现对高5位PCH的装载有两种情况。（上册P49页）
RAM数据存储器
特殊功能寄存器 5、电源控制寄存器PCON

只包括2个有效位，其中一位用来记录和区分是否 发生了上电复位和外部引脚输入低电平时引起的 人工复位或看门狗超时溢出复位；另一位用来记
录或鉴别是否发生了掉电复位。
16f877管脚图
注：直接选址和间接选择均需借助于状态寄存器相关位的补
充实现数据存储器的选择。直接寻址中体选码来自SATUS的
RP1和RP0位，单元地址来自指令机器码；间接寻址中体选码 由STATUS的IRP位和FSR的Bit7组成，单元地址来自FSR的低7
位。（上册P48页）
RAM数据存储器
特殊功能寄存器 4、与PC相关的寄存器PCL和PCLATH 程序计数器PC是一个13位宽的存储器，为了与其 它8位宽的存储器进行数据交换，将它分为PCL和 PCH2部分，低8位PCL有自己的专用地址，可读写； 而高5位没有自己的地址，不能直接写入，只能借 用PCLATH进行间接装载。


分为特殊功能寄存器和通用寄存器两个区域， 部分寄存器在4个体上相互映射。（上册P44页）
RAM数据存储器

通用寄存器 实际共有368 通用寄存器单元，体1 、体2 和体3 中 的地址区域 F0H ～ FFH 、 170H ～ 17FH 和 1F0H ～ 1FFH 都是虚拟设计，映射到体0中高地址（70H～7FH） 的16个单元，便于中断处理。（上册P193页）
单片机的结构
CPU ROM
总线
RAM I/O
PIC单片机介绍
由美国MicroChip公司生产的PIC系列单片机是较 具有代表性的8位单片机，它的硬件系统设计简 洁，指令系统设计精炼,功能齐全。在所有的单 片机品种中，它是最容易学习、最容易应用的单 片机品种之一。
PIC系列单片机所具有的特点



复位矢量0000H、中断矢量0004H； 8层×13位的硬件堆栈。
RAM数据存储器

理论上有 512 个 8 位宽的单元，地址空间（ 000H ～1FFH）；
由于指令码中的地址长度是7位，最多可以区分 128个存储单元，所以将RAM分为0、1、2、3共4 个体（Bank），每个体128×8个单元；
16F877介绍


14位的指令系统 A/D转换器
256×8的EEPROM 模拟比较器 带比较和捕捉功能的定时器/计数器

PWM输出 异步串行通信电路等
程序存储器和堆栈


8K×14位的Flash程序存储器； 13位宽程序计数器寻址范围0000H～1FFFH；
由于跳转指令GOTO、CALL携带11位地址(2K),所以 程序存储器以2K位单位分为0、1、2、3共4页；
、除TMR2外都可作为计数器使用。每个定时器/计数器都 配有不同比例的预分频器或后分频器。在同步计数方式
下TMR1可以与捕捉/比较/脉宽调制CCP模块配合实现捕捉 和比较功能；TMR2可以与捕捉/比较/脉宽调制CCP模块配
合实现脉宽调制输出功能。
注：PWM工作模式可以实现直流电机调速和步进电机的变
频控制（下册P146页）
实验安排

7月11日～ 7月16日 完成硬件的仿真。 要求： 1、完成硬件电路的搭建、汇编语言的编写仿 真实现预期的功能； 2、提交中期检查表。
实验安排

7月17日～ 7月20日 完成完整的作品，要求焊接在板子上。 要求： 1、作品能独立运行并实现预期的功能； （至 少完成最小系统—跑马灯） 2、提交硬件验收表。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
RB7/PGD RB6/PGC RB5 RB4 RB3/PGM RB2 RB1 RB0/INT VD D VS S RD7/PSP7 RD6/PSP6 RD5/PSP5 RD4/PSP4 RC7/RX/DT RC6/TX/CK RC5/SDO RC4/SDI/SDA RD3/PSP3 RD2/PSP2
其它外围模块


EEPROM数据存储器
捕捉/比较/脉宽调制CCP 模/数转换器ADC 串行通信收发器

IIC总线
指令系统


采用单周期指令； 一个指令周期包含4个时钟周期； 采用哈弗总线结构，实现流水作业； 35条14位长的单字节指令，分为3类：面向字节 操作类（17条）、面向位操作类（4条）、常数 操作和操作类（17条）。
实验要求
独立设计和焊接单片机最小系统及外围电 路； 软件编程与系统调试。

实验安排

时间 7月6日～7月20日 时间： 上午：08：30 ～ 11：30 下午：14：00 ～ 17：00 晚上：18：00 ～ 21：00
具体安排见教二楼三层计算机房布告栏
实验安排

7月7日～ 7月10日 初步掌握汇编程序设计基础、软件集成开发环 境MPLAB的使用以及软件模拟开发和硬件仿 真开发的方法与步骤。 要求： 1、用在线仿真和下载两种方式实现教材中的 跑马灯； 2、提交设计报告。
监视定时器WDT（即PSA=1）；当使用低电压编程并且 PORTB引脚弱上拉使能时，PORTB的Bit3必须清0以关闭RB3 的弱上拉才能确保芯片正常运行。
RAM数据存储器

特殊功能寄存器
3、间接寻址寄存器INDF和文件选择寄存器FSR INDF位于各体的最低位单元，它们是相互映射只具有地址
编码的虚拟存储器，必须与FSR配合才能实现间接寻址。

程序结构 参见例题。
注：晶振频率为4MHZ时，一个指令周期是1ms
汇编语言程序设计基础

RAM的体选寻址
每次改变寄存器，都要看其所在的体位置； 跨页跳转和跨页调用

程序超过2K时要分页。
集成开发环境MPLAB

MPLAB 的使用
会单步调试、断点调试 异步激励


会观察寄存器
会开跑表观察窗
实验安排

7月21日～ 9月7日 完成实验报告。
实验报告要求
1、提交纸版实验报告，将电子版实验报告及整个 工程的文件夹压缩成.rar包提交，名称为学号+ 姓名； 2、实验报告中应包括题目的设计思想、系统框图、 硬件介绍（包括框图、原理图及电路图）、软 件设计（包括流程图、源程序及程序注释）；
3、解决的问题、心得体会及对该实验的意见；
MCLR/Vpp/THV RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/V R E F RA3/AN3/V R E F + RA4/T0CK1 RA5/AN4/ SS RE0/ RD /AN5 RE1/ WR /AN6 RE2/ C S /AN7 VD D VS S OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RC0/TIOSO/T1CK1 RC1/TIOSO1/CCP2 RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL RD0/PSP0 RD1/PSP1
RAM数据存储器

特殊功能寄存器 1、状态寄存器STATUS （上册P47页） 用来记录算术逻辑单元ALU的运算状态和算术特征、 CPU的特殊运行状态、以及RAM数据存储器的体间选 择信息。与通用寄存器本质的区别在于一些位只能 读不能写，另外一些位的状态将取决于运算结果。
注：进位/借位标志位C、体选为RP0和RP1。
学习方法推荐

如何进行硬件设计？ 1、需求分析，划分功能块； 2、为每个功能块选择实现电路； 3、对电路进行仿真，并搭建电路调式； 4、画出原理图。
注：实验室提供的模块及元件请查看附件！
举例—计算器







画出系统框图； 了解键盘的结构、连接方法及所需的管脚数量； 查液晶屏的说明； 在实验箱上搭建出完整电路； 画出软件流程图； 编写程序进行在线调试； 下载调试； 画出原理图，对不熟悉的电路在面包板上搭建出来， 进行调试； 焊接出成品，调试。
RAM数据存储器

特殊功能寄存器 2、选择寄存器OPTION_REG 可读/写寄存器，含有用于设置定时器TMR0前分频 器/监视定时器WDT后分频器、外部INT中断、TMR0 和RB端口的弱上拉等各种控制位。（上册P153、P276、
下册P48）
注：如需TMR0得到1:1的前分频值，可以把前分频器分频给


采用哈佛结构 指令的单字节化 采用了精简指令集（RISC）技术 寻址方式简单 运行速度高 驱动能力强
PIC系列单片机的硬件开发环境
MPLAB－ICD可以代替在单片机应用项目开发过 程中常用的硬件在线实时仿真器和程序烧写器 ，它利用PIC16F87X片内集成的在线调试能力 和微芯公司的在线串行编程技术MPLAB－ICD工 作。
PIC16F877
简化结构图
MCLR
RA
OSC2 VDD VSS
PIC16F877
OSC1
RB RC RD RE
40引脚 MCLR 复位 OSC1 时钟输入 OSC2 时钟输出 VDD 正电源 VSS 接地 端口 RA——6 RB——8 RC——8 RD——8 RE——3
定时器模块
配置了3个多功能定时器模块：TMR0（8位）、TMR1（16 位）和TMR2（8位），都具有不同位宽的可编程定时器，